通讯系统与其输出功率线性化方法与流程

1.本揭示文件有关一种通讯系统，尤指一种能模拟其功率放大器的特性以使输出功率线性化的通讯系统。


背景技术：

2.由于通讯系统中的功率放大器为非线性元件，射频讯号经过放大处理后其带宽会大幅扩展，使得通讯系统的输出品质下降且可能会违反电信法规。数字预失真(digital predistortion)与功率回退等等技术常被用于提高功率放大器的线性度。传统的数字预失真技术通常会于回授路径上设置模拟滤波器以缩减回授讯号的带宽，进而降低后级电路中模拟数字转换器的带宽与解析度需求。然而，这种做法会减少建立预失真模型时的可用信息量，进而无法得到正确的补偿参数。


技术实现要素：

3.本揭示文件提供一种通讯系统，其包含功率放大器、接收端滤波器、模拟数字转换器、输出模拟电路与预失真电路。功率放大器用于放大射频输入讯号以产生射频输出讯号，且射频输入讯号是依据基频讯号所产生。接收端滤波器用于滤波依据射频输出讯号产生的回授讯号，并输出滤波后的回授讯号。滤波后的回授讯号的带宽是射频输入讯号的带宽的至少3至5倍。模拟数字转换器用于将滤波后的回授讯号转换为数字输入讯号。输出模拟电路用于依据数字输入讯号与基频讯号产生模仿射频输出讯号的参考讯号。预失真电路用于依据参考讯号建立预失真模型。
4.本揭示文件提供一种通讯系统，其包含功率放大器、接收端滤波器、模拟数字转换器与数字逻辑电路。功率放大器，用于放大射频输入讯号以产生射频输出讯号，且射频输入讯号是依据基频讯号所产生。接收端滤波器用于滤波依据射频输出讯号产生的回授讯号，并输出滤波后的回授讯号。滤波后的回授讯号的带宽是射频输入讯号的带宽的至少3至5倍。模拟数字转换器用于将滤波后的回授讯号转换为数字输入讯号。数字逻辑电路用于依据数字输入讯号与基频讯号模拟功率放大器的输入输出特性以产生模拟结果，且用于依据模拟结果建立预失真模型。
5.本揭示文件提供一种输出功率线性化方法，其包含以下流程：利用通讯系统的功率放大器放大射频输入讯号以产生射频输出讯号，其中射频输入讯号是依据基频讯号所产生；依据射频输出讯号产生回授讯号，并对回授讯号进行滤波处理以产生滤波后的回授讯号，且滤波后的回授讯号的带宽是射频输入讯号的带宽的至少3至5倍；对滤波后的回授讯号进行模拟数字转换处理，以将滤波后的回授讯号转换为数字输入讯号；依据数字输入讯号与基频讯号产生模仿射频输出讯号的参考讯号；依据参考讯号建立预失真模型。
6.上述的通讯系统与输出功率线性化方法能利用有关射频输出讯号的完整信息建立正确的预失真模型。
附图说明
7.图1为依据本揭示文件一实施例的通讯系统简化后的功能方块图。
8.图2a为接收端滤波器滤波后的回授讯号于一实施例中的频谱示意图。
9.图2b为数字输入讯号于一实施例中的频谱示意图。
10.图2c为第一数字滤波器滤波后的数字输入讯号于一实施例中的频谱示意图。
11.图3为依据本揭示文件一实施例的通讯系统简化后的功能方块图。
12.图4为依据本揭示文件一实施例的通讯系统简化后的功能方块图。
13.图5为依据本揭示文件一实施例的输出功率线性化方法的流程图。
14.图6为用于进一步说明图5的流程s508的细部流程图。
具体实施方式
15.以下将配合相关图式来说明本揭示文件的实施例。在图式中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。
16.图1为依据本揭示文件一实施例的通讯系统100简化后的功能方块图。通讯系统100包含预失真电路102、数字模拟转换器104、输出端滤波器106、功率放大器108、耦合器110、衰减器112、本地振荡器114、接收端滤波器116、模拟数字转换器118、输出模拟电路120、混频器mxa以及混频器mxb。预失真电路102用于对基频讯号10进行预失真处理，并将预失真处理后的基频讯号10传送至数字模拟转换器104。数字模拟转换器104的输入端与输出端分别耦接于预失真电路102与输出端滤波器106，且输出端滤波器106用于对模拟形式的基频讯号10进行滤波处理。本地振荡器114与混频器mxa用于调制输出端滤波器106输出的基频讯号10以产生射频输入讯号20。接着，功率放大器108会放大射频输入讯号20以产生射频输出讯号30。通讯系统100能利用图1所示的回授路径，适应性地调整预失真电路102中的预失真模型，其中预失真模型用于提升功率放大器108的线性度。
17.详细而言，耦合器110和衰减器112共同用于回授部份的射频输出讯号30。实作上，耦合器110可以用与功率放大器108和后级负载之间的传输线互相平行的金属导线来实现。本地振荡器114与混频器mxb会解调衰减器112输出的讯号以产生回授讯号40。接收端滤波器116用于滤除衰减器112与混频器mxb所产生的噪声，且将滤波后的回授讯号40传送至模拟数字转换器118。
18.图2a为接收端滤波器116滤波后的回授讯号40于一实施例中的频谱示意图。请同时参照图1与图2a，在预失真电路102的预失真模型的建立过程中，射频输出讯号30的带宽可能会扩展至射频输入讯号20的带宽的至少3至5倍。另一方面，衰减器112与混频器mxb所产生的噪声，会高于射频输出讯号30的多个频率成分所具有的最高频率。因此，接收端滤波器116所接收到的回授讯号40除了会具有对应于射频输出讯号30的成分，还会于更高的频段中具有由衰减器112与混频器mxb产生的噪声。如图2a所示，接收端滤波器116会滤除衰减器112与混频器mxb产生的至少部分噪声，并于滤波后的回授讯号40中保留对应于射频输出讯号30的成分。
19.换言之，滤波后的回授讯号40的带宽也可以是射频输入讯号20的带宽的至少3至5倍。由于接收端滤波器116保留了回授讯号40中对应于射频输出讯号30的大部分频率成分，输出模拟电路120与预失真电路102便能于后述的运作中获得足够的信息进行运算，以建立
正确的预失真模型。
20.请再参考图1，模拟数字转换器118会将滤波后的回授讯号40转换为数字输入讯号50，而输出模拟电路120会依据数字输入讯号50与预失真电路102输出的基频讯号10产生用于模仿射频输出讯号30的参考讯号60。如此一来，预失真电路102便能自参考讯号60获得功率放大器108的输入输出特性的相关信息，进而建立适当的预失真模型以提升功率放大器108的线性度。
21.图2b为数字输入讯号50于一实施例中的频谱示意图。如图2b所示，由于模拟数字转换器118的噪声整形(noise shaping)效应，量化噪声可能会集中于数字输入讯号50的高频区域。在一些实施例中，模拟数字转换器118可以用具有高输入带宽与高解析度的连续时间(continuous-time)sigma-delta模拟数字转换器来实现。
22.输出模拟电路120包含模型参数决定电路122、第一数字滤波器124、第二数字滤波器126与功率放大器模拟电路128。第一数字滤波器124耦接于模拟数字转换器118，用于滤除数字输入讯号50中的高频量化噪声。如此一来，输出模拟电路120与预失真电路102便不会误判射频输出讯号30的波形与频谱等等特征，进而不会建立错误的预失真模型。
23.图2c为第一数字滤波器124滤波后的数字输入讯号50于一实施例中的频谱示意图。第一数字滤波器124会将滤波后的数字输入讯号50传输至模型参数决定电路122。另外，第二数字滤波器126耦接于功率放大器模拟电路128与模型参数决定电路122之间，用于滤波参考讯号60，并将滤波后的参考讯号60传输至模型参数决定电路122。其中参考讯号60是由功率放大器模拟电路128依据预失真电路102输出的基频讯号10所产生。
24.在一些实施例中，第一数字滤波器124与第二数字滤波器126具有相同的配置。例如，第一数字滤波器124与第二数字滤波器126具有相同的截止频率，使得滤波后的数字输入讯号50与滤波后的参考讯号60具有相同或近似的带宽。
25.模型参数决定电路122用于依据基频讯号10、滤波后的数字输入讯号50与滤波后的参考讯号60提供调整讯号70至功率放大器模拟电路128。模型参数决定电路122会判断滤波后的数字输入讯号50与滤波后的参考讯号60两者之间的差异，并依据比较结果决定调整讯号70所包含的一或多个参数。功率放大器模拟电路128会依据调整讯号70包含的一或多个参数调整其内建的功率放大器模型，以使参考讯号60逼近于射频输出讯号30。换言之，调整讯号70用于使参考讯号60逼近于射频输出讯号30。
26.在一些实施例中，模型参数决定电路122会执行最小平方法(least squares)运算以产生调整讯号70。
27.在另一些实施例中，为使功率放大器模拟电路128内建的功率放大器模型能尽量如实呈现功率放大器108的特性，模型参数决定电路122会动态地(多次地)改变调整讯号70。当模型参数决定电路122动态地改变调整讯号70时，滤波后的参考讯号60会动态地逼近于滤波后的数字输入讯号50，亦即参考讯号60会动态地逼近于射频输出讯号30。
28.图3为依据本揭示文件一实施例的通讯系统300简化后的功能方块图。通讯系统300相似于的1图的通讯系统100，差异在于，通讯系统300的输出模拟电路320无需包含前述的第二数字滤波器126。输出模拟电路320的模型参数决定电路122能依据预失真电路102输出的基频讯号10与滤波后的数字输入讯号50的间的差异，便计算出功率放大器模拟电路128所需的一或多个参数。
29.在一实施例中，通讯系统300的模型参数决定电路122仅需执行一次最小平方法运算以得到功率放大器模拟电路128所需的一或多个参数。
30.由上述可知，通讯系统300除了能进一步减少电路面积，还能加快预失真模型的建立速度。前述通讯系统100的其余连接方式、元件、实施方式以及优点，皆适用于通讯系统300，为简洁起见，在此不重复赘述。
31.图4为依据本揭示文件一实施例的通讯系统400简化后的功能方块图。在本实施例中，数字逻辑电路401用于实现图1的预失真电路102与输出模拟电路120的功能。亦即，数字逻辑电路401会依据数字输入讯号50与基频讯号10来模拟功率放大器108的输入输出特性以产生一模拟结果，接着再依据模拟结果适应性地调整其储存的预失真模型，其中预失真模型用于提升功率放大器108的线性度。
32.数数字逻辑电路401包含控制电路410与记忆体420。控制电路410可以读取并执行记忆体420中储存的以程序代码实现的模型参数决定模组422、第一数字滤波模组424、第二数字滤波模组426与功率放大器模拟模组428，以分别实现图1的模型参数决定电路122、第一数字滤波器124、第二数字滤波器126与功率放大器模拟电路128的功能，为简洁起见，在此不重复赘述。
33.在本实施例中，前述的参考讯号60、调整讯号70、滤波后的数字输入讯号50以及滤波后的参考讯号60各自可以用储存于记忆体420中的一或多笔数字形式的数据来实现。例如，控制电路410可以执行第一数字滤波模组424以计算出对应于滤波后的数字输入讯号50的复指数函数(complex exponential function)，并将该复指数函数储存于记忆体中的一或多个地址，其余依此类推。
34.在一些实施例中，记忆体420中无需储存第二数字滤波模组426。此时，控制电路410可以读取并执行记忆体420中储存的模型参数决定模组422、第一数字滤波模组424与功率放大器模拟模组428，以分别实现图3的模型参数决定电路122、第一数字滤波器124与功率放大器模拟电路128的功能，为简洁起见，在此不重复赘述。
35.图5为依据本揭示文件一实施例的输出功率线性化方法500的流程图。输出功率线性化方法500包含以下的流程s502～s510。
36.流程s502：利用通讯系统(例如，前述的通讯系统100、300或400)的功率放大器108放大射频输入讯号20以产生射频输出讯号30。射频输入讯号20是依据基频讯号10所产生。
37.流程s504：依据射频输出讯号30产生回授讯号40。接着，对回授讯号40进行滤波处理以产生滤波后的回授讯号40。滤波后的回授讯号40的带宽可以是射频输入讯号20的带宽的至少3至5倍。例如，可以利用图1的接收端滤波器116滤除衰减器112与混频器mxb所产生的至少部分噪声以产生滤波后的回授讯号40，且衰减器112与混频器mxb产生的噪声的频率可以高于射频输出讯号30的多个频率成分具有的最高频率。
38.流程s506：利用通讯系统的模拟数字转换器(例如，图1的模拟数字转换器118)对滤波后的回授讯号40进行模拟数字转换处理，以将滤波后的回授讯号40转换为数字输入讯号50。
39.流程s508：依据数字输入讯号50与基频讯号10产生模仿射频输出讯号30的参考讯号60。
40.流程s510：依据参考讯号60建立预失真模型，其中预失真模型用于对基频讯号10
进行预失真处理。
41.图6为用于进一步说明流程s508的细部流程图。流程s508可以包含以下的流程s602～s608。
42.流程s602：依据基频讯号10产生参考讯号60。例如，利用图1的功率放大器模拟电路128依据预失真电路102输出的基频讯号10产生参考讯号60。
43.流程s604：对数字输入讯号50进行滤波处理以产生滤波后的数字输入讯号50。
44.流程s606：对参考讯号60进行滤波处理以产生滤波后的参考讯号60。
45.流程s608：依据基频讯号10、滤波后的数字输入讯号50与滤波后的参考讯号60提供调整讯号70。调整讯号70用于修正参考讯号60，以使参考讯号60逼近于射频输出讯号30。例如，调整讯号70可以包含图1的功率放大器模拟电路128调整其内建的功率放大器模型所需的一或多个参数。
46.在一些实施例的流程s608中，亦可使用基频讯号10与滤波后的数字输入讯号50来产生调整讯号70，而无需使用滤波后的参考讯号60。
47.在说明书及申请专利范围中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及申请专利范围并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及申请专利范围所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
48.另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。
49.以上仅为本揭示文件的较佳实施例，凡依本揭示文件请求项所做的均等变化与修饰，皆应属本揭示文件的涵盖范围。
50.【符号说明】
51.100,300,400:通讯系统
52.102:预失真电路
53.104:数字模拟转换器
54.106:输出端滤波器
55.108:功率放大器
56.110:耦合器
57.112:衰减器
58.114:本地振荡器
59.116:接收端滤波器
60.118:模拟数字转换器
61.120,320:输出模拟电路
62.122:模型参数决定电路
63.124:第一数字滤波器
64.126:第二数字滤波器
65.128:功率放大器模拟电路
66.10:基频讯号
67.20:射频输入讯号
68.30:射频输出讯号
69.40:回授讯号
70.50:数字输入讯号
71.60:参考讯号
72.70:调整讯号
73.mxa,mxb:混频器
74.401:数字逻辑电路
75.410:控制电路
76.420:记忆体
77.422:模型参数决定模组
78.424:第一数字滤波模组
79.426:第二数字滤波模组
80.428:功率放大器模拟模组
81.500:输出功率线性化方法
82.s502～s510,s602～s608:流程